U形闸门结构静、动力特性研究

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1、第34卷第5期华电技术Vo1．34No．52012年5月HuadianTechnologyMay．2012U形闸门结构静、动力特性研究谢智雄，孙小峰，谭守林(1．河海大学机电工程学院，江苏常州213022；2．中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，贵州贵阳580081)摘要：运用ANSYS软件对u形闸门及其对应的整体闸门结构不同运行工况下的静力特性及自振特性进行了计算分析，比较了2种结构形式的应力、位移及自振特性的差异，为完善u形闸门的设计提供技术依据，其结果可为同类闸门结构的设计计算提供参考。关键词：U形闸门；静、动力特性；有限元分析；ANSYS软件中图分类号：031：TV

2、663．6文献标志码：A文章编号：1674—1951(2012)05-0021-03边边梁格1对0引言梁梁位置点1称外内梁格2位点轴位置点2某水利枢纽布置有4孔17．0m×16．0m(宽×定轮1梁格3粱格4位置点，褰／篓高)U形闸门，闸门底槛高程为338．0m，挡水水头r一1／+-梁格5茬；詈；i左跨1位置为16．0m，闸门采用双缸液压启闭机操作，以发电梁格6主梁1纵位型定轮2为主，其次为航运，兼顾防洪等综合开发任务。工作梁格72主粱110闸门u形闸门由下沉式平面闸门与设置在其上部梁格8主梁2梁格9主粱2的卧倒式通航闸门组成，门叶上部为凹形结构，在凹定轮梁格l0主粱3槽中设

3、置卧倒式通航闸门，卧倒小门绕上节门体底3梁格l1主梁3部的支铰转动，是船舶进出承船厢的通道。由于其梁格12主粱4结构特点，传统的平面计算体系难以对其简化计算，梁格13主梁4梁格14主粱5故采用有限元方法对其进行静、动力学特性进行定轮4梁格15主粱5研究。梁格16主粱6梁格l7主粱61计算模型及参数梁格l8主梁7定轮5梁格l9主梁71．1闸门结构布置粱格20主粱8u形门与整体门结构自上而下设置8根工字形底粱!主横梁、7根水平次梁，其中，次梁1，3，5，7以及底图1U形门梁格布置及编号梁为“[”形截面，次梁2，4，6为“][”形截面，闸门载荷梯度经计算取一9．8×10～N／mm

4、。依据实际左、右两侧共设置10个定轮，闸门结构梁格布置及工况在闸门两侧定轮支承部位施加水流方向约束，编号如图1、图2所示。在闸门面板中点施加左、右平动约束，闸门底部施加1．2闸门结构有限元模型垂直方向上的约束，u形门卧倒小f-j自重以及闭合闸门结构为空间薄壁结构，采用shell63号板单时水压力经过计算转加到闸门支铰处。元模拟构闸门结构的所有部件，利用ANSYS软件对1．4计算工况闸门进行网格划分，u形门结构划分为75615个单分3种工况对闸门结构进行计算：10个定轮全元，整体门结构划分为84927个单元，闸门结构有部接触轨道；右侧1个定轮(定轮右2)脱空轨道；右限元网格划

5、分模型如图3、图4所示。侧2个定轮(定轮右2、右4)脱空轨道。1．3载荷及边界约束在分析过程中，水面波浪作用引起的动载荷作2计算结果及分析用不予考虑，静水压力以三角形分布水平作用于整个面板的迎水面，故在l，轴方向上施加梯度载荷，2．1闸门轮压计算结果及分析在3种工况下，u形门与整体门的轮压计算结收稿日期：2011—11—14果见表1，从表1可以看出：·22·华电技术第34卷边边梁格1纵＆i^1纵纵对粱粱；j(4外内梁格22位置点2l0称定轮1梁格3次梁3位置点8位置点3／et．d~梁格4次粱2／位置点4／梁格5左跨1位置点定轮梁格6主粱1位置点2梁格7主粱1粱格8主粱2粱格

6、9主粱2梁格10主粱3定轮3梁格11主粱3梁格12主粱4梁格13主粱4图4整门结构有限元模型梁格14主粱5(6％)，说明2种闸门结构形式的差异对远离该位定轮4梁格15主粱5置处的轮压的影响较小。粱格l6主粱6(3)在3种工况下，U形门与整体门最大轮压梁格17主粱6相差不超过6％。定轮梁格18主粱75梁格19主梁72．2应力计算结果及分析梁格20主粱8在3种不同工况下，闸门结构主要部件最大应力计算结果见表2，从表2可以看出：图2整体门梁格布置及编号(1)在3种工况下，U形门形式面板最大应力略小于(约10％)整体门形式。(2)主横梁部件在靠近结构形式差异处二者主横梁1应力相差较

7、大，在远离结构形式差异处u形门各主梁应力均略小于(约10％～15％)整体门主梁应力。(3)总的来说，在应力方面，除支铰位置附近外，2种门型整体应力情况相差不大。2．3位移计算结果及分析在各种工况下，各位置点顺河向位移计算结果见表3(表中比值为整体i'q／u形门)，从表3可以看出：图3U形门结构有限元模型(1)在卧倒门支铰附近的位置点处，u形门的(1)在3种工况下，u形门与整体门的定轮1、位移大于整体门形式，在其他位置点处，u形门的位定轮2在不同工况下轮压相差较大(10％～38％)，移均小于整体门形式。分析其原因在于